科学有多神奇？科学家给这种物质加热，它反而被“冻结”了

科学是一门非常有趣的学问，它的出现是为了从根本上解释我们在日常生活中所习以为常的一切现象，建立相应的理论。然而，当科学被研究到一定程度后，竟然可以创造大量反常识的现象。

如果你用一张非常平的纸板盖在装了水的玻璃杯上，然后将它们倒立，会发现水和纸板都不会落下来；如果你将一面凸透镜和一面凹透镜摆放在合适的位置上，就可以得到一个望远镜，看到原本看不见的遥远物体。这些都是科学的神奇之处，它可以让不可能变为可能。

最近，科学家们再一次利用科学震惊了我们，完成了一次反常识的突破。通过给一些物体升温，反而将它们“冻结”在了一起。当然，想要产生这种匪夷所思的现象，自然也需要非同寻常的手段。在最近的《物理评论快报》上，这些科学家向我们展示了这种神奇的物理现象。

这些科研人员来自英国的剑桥大学，他们“冻结”的实验对象，是由水、聚苯乙烯和涂有DNA的小油滴所组成的胶体混合物。他们给这个混合物加热的手段也不并不普通，而是利用光照来升温，他们希望通过这个方法了解这些物质在被光线照射升温后发生的动态变化，结果就发现了这个神奇的现象。

（图片说明：聚苯乙烯）

在被光线照射后，这些物质被照射部分的微观粒子并没有四处逃窜，而是聚集在了一起。从热力学的角度来说，它们就是被降温了。

这里我们要介绍一下：温度的本质是什么？

实际上，温度是微观粒子运动强弱的宏观表现，这些粒子的运动比较剧烈，就会在宏观上表现为物质的较高温度；如果运动比较缓慢，表现在宏观上就是物质温度低。

由于光子本身携带能量，照射在物质上会把能量传递给微观粒子，转化为它们的动能，所以从常理上讲，光照会导致这些粒子运动加快，宏观上就是物质被升温。而实际上，这组科研人员发现这部分粒子聚集在了一起，从热力学的角度上说，它们就是被降温了。那么问题来了：为什么会这样呢？

这就要说到物理学上一个有趣的效应：马兰戈尼效应。

所谓的马兰戈尼效应，指的是两种表面张力不同的液体在接触时，交界处会出现表面张力的梯度，导致质量传输的现象。

简单解释一下：表面张力可以通俗理解为液体粒子彼此拉住对方的力，如果你向一个杯子倒满水，会发现水面比杯子略微高出一点点，这就是表面张力拉住了这部分水使其不会流下来。而马兰戈尼效应，也可以大致理解为一种液体表面张力更大，所以在交界处会把表面张力较小的液体拉动的现象。而马兰戈尼效应的表现，也同时受到温度的影响。

比如剑桥大学科学家们的这次实验，混合物中的油和水有着不同的表面张力，同时在温度变化的情况下，也有着略微不同的表现。按照马兰戈尼效应分析，如果我们将上述混合物利用光线对部分区域进行加热的话，会在油和水的交界处看到非常有趣的现象：二者的分子会激烈地振动，然后在碰撞和摩擦中流向较冷的区域，这也是宏观上液体的表现方式。

但是，实际情况却不是那么回事。

软物质物理学家Alessio Caciagli和他的同事们将直径为20-30微米的油滴涂抹在带有大量单链DNA的聚合物中，然后将混合后的液体与直径约半微米的聚苯乙烯球结合在一起，形成了悬浮液。由于DNA的独特性质，使得聚苯乙烯被连接到了油滴外表面。由于聚苯乙烯是不溶于水的，所以它很好地包裹住了里面的聚合物，使得这个悬浮液以一种松散的胶体结构悬浮在水中。

为了研究光线对这个悬浮液的影响，研究人员向它发射了一束激光，意想不到的是，有趣的事就这样发生了。

我们知道，激光的能量是比较强的。在激光的照射下，聚苯乙烯的温度上升了5℃。按照正常的马兰戈尼效应，由于聚苯乙烯和水之间形成了热梯度，这会导致聚苯乙烯包裹的胶体球散开，分散到水中。

但实际情况是，聚苯乙烯非但没有散开，反而在油滴表面靠拢得更紧密了。就像我们上面说的，从热力学的角度来看，这些聚苯乙烯反而被“降温”了。他们认为，之所以会出现这样反常的现象，是因为聚苯乙烯内外两种液体的温度差导致了流动的现象，将悬浮颗粒聚合在了一起。

（图片说明：电子显微镜下激光束对粒子的影响）

在宏观上看，原本可以升温的激光束，反而导致悬浮液体形成了一种特殊的胶体颗粒结晶物。如果想要让它融化，只需要把光源关闭即可。

虽然这个现象是始料未及的，但通过已有的物理学理论还是可以比较好地做出解释，而且该团队利用模型也还原了这个过程。

事实证明，我们对于光的了解还非常有限，未来它很有可能会成为我们操控粒子的一种工具。尤其是随着科技越来越精细化，必须要在越来越小的尺度上进行操作，那么激光的利用就显得更加重要了。目前来说，科学家们已经开始利用光作为镊子或者锤子来进行微观尺度的操作了。在未来，它将会在更多领域发挥重要的作用。

（图片说明：光学镊子示意图）

可以肯定，纳米技术在未来将会越来越普及。谁知道呢，也许有了光这个有力的工具，我们未来会完成更小尺度的精细操作，人类科技的突破，指日可待。